이미지 출처: 노스웨스턴대학교

건강을 관리하는 것은 종종 약물의 노예가 되는 것을 의미한다. 예를 들어 당뇨병 환자는 일반적으로 자신의 상태를 점검하기 위해 정확한 시간에 하루에 여러 번 인슐린을 주사해야 한다. 한편, 암 환자는 질병을 완화시키기 위해 약물 주입을 위해 일주일에 세 번씩 진료소를 방문해야 할 수도 있다.

높은 약물 비용, 복용 방법에 대한 혼란 및 기타 요인을 추가하면 그리고 약 50%의 환자가 처방대로 약을 복용하지 않는 상황이 발생하는데, 이를 "비순응"이라고 한다.

미국에서는 약물 비순응으로 인해 125,000명이 사망하고 이는 전체 입원의 최소 10%에 해당하며 매년 피할 수 있는 지출이 1,000억 달러에 이른다.

그러나 미래에는 “살아있는 약국”을 통해 사람들이 필요한 약을 필요할 때 언제든지 쉽게 얻을 수 있게 된다.

 

살아있는 약국

"살아있는 약국"의 기본 아이디어는 살아있는 세포를 이식 가능한 장치에 넣을 수 있고, 그 세포는 필요에 따라 호르몬 인슐린이나 암 퇴치 단백질과 같은 치료용 생체분자를 방출하도록 촉발될 수 있다는 것이다.

세포가 우리가 사용하는 모든 약을 만들도록 프로그래밍할 수는 없지만, 바이오치료제는 다양한 질병을 치료하도록 승인된 약물을 사용하여 빠르게 성장하는 약리학 분야이다.

살아있는 약국은 임신을 예방하기 위해 프로게스토겐 호르몬을 방출하는 넥플라논이나 전립선암 퇴치에 도움이 되는 약을 방출하는 반타스처럼 삽입 전에 약물이 들어 있는 임플란트와 혼동하지 않아야 한다.

이러한 장치는 약이 떨어지면 교체해야 한다. 살아있는 약국은 무기한으로 자체 약을 만들도록 설계되었다.

 

시계 재설정

살아있는 약국은 아직 실제로 존재하지 않지만, 2021년에 DARPA는 신체의 생체 시계를 제어하는 약국을 개발하기 위해 노스웨스턴 대학이 이끄는 팀에 3,300만 달러를 지원했다. 군인들이 시차로 인한 피로를 신속하게 극복하거나 근무 일정 변경에 적응하는 데 도움이 될 수 있다는 아이디어이다.

그들이 개발 중인 마이크로칩 임플란트인 NTRAIN(생체 시계의 내부 네트워크 전반에 걸쳐 리듬 타이밍 표준화 Normalizing Timing of Rhythms Across Internal Networks of Circadian Clocks)에는 임플란트의 빛에 의해 촉발될 때 자연적으로 생체 시계를 제어하는 동일한 펩타이드를 방출하도록 설계된 세포가 포함되어 있다.

모든 것을 팔 피부 아래에 배치하고, 스마트폰 앱과 연결된 웨어러블 암밴드를 이용해 무선으로 켜거나 끌 수 있다.

공동 연구 책임자인 조나단 리브네이(Jonathan Rivnay)는 "약물을 휴대할 필요도 없고 치료제를 주입할 필요도 없으며 장치를 얼마나 오래 사용할 수 있는지에 따라 장치를 다시 채울 필요도 없다"고 말했다. "그것은 결코 고갈되지 않는 칩에 이식 가능한 약국과 같다."

 

NTRAIN 임플란트가 어떻게 작동하는지 보여주는 그림. 이미지 출처: 노스웨스턴 대학교

NTRAIN 또는 살아있는 약국을 개발하는 것은 쉽지 않다.

모든 것이 생체적합성이어야 하며, 조작된 세포는 면역 체계로부터 보호하면서도 생존에 필요한 모든 것을 제공받아야 한다. 그렇지 않으면 세포는 죽어가고 기술은 작동을 멈출 것이다.

NTRAIN 팀은 영양분은 들어오고 면역 세포는 차단하는 특수 막 내에 세포를 수용할 계획이다. 어떤 이유로 세포가 설계된 대로 작동을 멈추는 경우를 대비해 사람이 고의로 세포를 죽일 수 있는 약도 개발하고 있다.

2023년 8월 업데이트에서 리브네이는 팀이 현재 "건강하고 행복"을 유지하는 데 필요한 산소를 세포에 제공하기 위해 "현장 산소 공급기"를 연구하고 있다고 말했다. 이는 체내 물에서 이 산소를 추출하고 생체 내 테스트에서 이미 유망한 결과를 얻었다(연구자들은 어떤 종에서 말하지 않았지만).

NTRAIN 장치에 대한 인간 내 연구는 2025년에 시작될 것으로 예상되며, 임플란트가 처음에는 군용으로 개발되었지만 결국 모든 사람이 혜택을 받을 수 있다.

 

팀은 NTRAIN이 최초 대응자 및 기타 교대근무자가 변화하는 일정에 적응하는 데 도움이 될 수 있는 잠재력을 지적하며, 이 기술을 조정하여 다른 치료용 생체분자를 생성할 수도 있다.

"수면 조절은 이 임플란트를 개발하는 동안 추적할 수 있는 것이지만 여기서 진정한 혁신은 환자 내부에서 약물을 생산할 수 있다는 것이다."라고 라이스 대학의 공동 연구 책임자인 오미드 베이세(Omid Veiseh)가 말했다.

 

"우리가 모든 제조 과정을 환자에게 직접 적용하고 필요에 따라 고품질 화합물을 생산할 수 있다면 가능성은 무한하다."고 그는 계속했다.

 

전망

우리는 NTRAIN 팀이 환자에게 사용되는 살아있는 약국을 보기 위해 장치 개발을 마칠 때까지 기다릴 필요가 없을 수도 있다. MIT와 ETH 취리히에서 개발된 인슐린 방출 임플란트는 이미 당뇨병 쥐에 대한 연구에서 가능성을 보여주었다.

미국 정부도 더 많은 장치 개발에 자금을 지원할 준비가 되어 있다.

9월 29일, ARPA-H(보건 고등 연구 프로젝트 기관)는 REACT(건강 탄력성 확장된 자동화 세포 치료를 위한 첨단 연구 프로젝트 기관)이라는 새로운 프로그램의 출시를 발표했다. 그 일환으로 ARPA-H는 살아있는 약국에 대한 연구에 자금을 지원하여 환자가 더 쉽고 저렴하게 약물 치료 일정을 준수할 수 있기를 바란다.

 

이번 발표에서는 암, 당뇨병, 비만과 싸우는 사람들을 도울 수 있는 살아있는 약국의 가능성이 언급되어 있다. 이 프로그램은 특정 조건으로 제한되지 않으며 ARPA-H는 제안서의 품질과 수신자 수에 따라 금액을 여러 그룹에 자금을 제공할 것으로 예상한다.

ARPA-H의 REACT 프로그램 관리자인 폴 시한(Paul Sheehan)은 "급성 및 평생 질병을 앓고 있는 많은 사람들에게 적시에 적절한 용량을 지속적으로 복용하는 것을 포함한 복잡한 치료 탐색 요구는 건강을 극적으로 훼손할 수 있다"고 말했다.

 

“REACT는 필요할 때 언제 어디서나 약을 얻을 수 있는 능력을 향상시키는 새로운 장치를 만들 것이다. 일상 생활에서 더 많은 통제력과 자유를 제공하고 웰빙을 향상시킬 것이다.”고 그는 첨언했다.